基于SPWM控制的电压_电流双环逆变器建模及其仿真_图文(精)

第4卷

中国舰船研究第4卷第5期2009年10月中国舰船研究Chinese Journal of Ship Research Vol .4No.5

Oct.2009收稿日期:2008-09-03

作者简介:朱承邦(1963-,男,高级工程师。研究方向:雷达应用

1引言

现代科技发展日新月异,各类电气设备对电源的品质要求也越来越高。逆变供电作为一种有效的电力供应形式,已广泛应用于生产生活的各个领域。

为了不断改善逆变器输出性能,人们发展出了多种逆变器控制方法,常见的有:电压瞬时值控

制、电流滞环控制、电流预测控制、鲁棒控制[1]、重复控制[2,3]、滑模控制[4]及SPWM 电流控制等。就各种逆变器控制策略的特点来看,基于SPWM 的电压电

流双环逆变器控制是一种较好的控制方法[5,6]。

本文针对电压电流双环逆变器控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制参数,对设计的双环控制逆变器模型进行了仿真分析,分析结果

基于SPWM 控制的电压、电流双环

逆变器建模及其仿真

朱承邦1

李

乐2

王晓鹏2

1大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连1160052中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064

摘

要:基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设

计却是一个重点和难点。针对逆变器的SPWM 电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。最后根据设计的控制器参数,对SPWM 电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。

关键词:SPWM ;逆变器;电压电流双环;仿真中图分类号:TM743

文献标志码:A

文章编号:1673-3185(200905-54-05

Modeling and Si mulation of Voltage and Current Double Loop Control Based on SPWM Inverters

Zhu Cheng-bang 1Li Le 2Wang Xiao -p eng 2

1The Naval Representative Office ,Dalian Shipbuilding Heavy Industry Co.,Dalian 116005,China

2China Ship Development and Design Cent er ,Wuhan 430064,China

Abstract :Comparing with other inverters control strategy ,voltage and current double loop control based on SPWM inverters are superior in capabilities though the controller parameters design is significant and difficult.In this paper ,the system control

model has been constructed in term s of inverters of SPWM voltage and current double loop control strategy ,and the current inner loop and voltage outer loop controller parameters design has been proposed with theoretical validation of classic control theory criterion.T he SPWM voltage and current double loop control system model simulation provided with designed controller parameters show s that the system design is reasonable and the effect is satisfying.Key words :SPWM ;inverter ;voltage and current double loop ;simulation

第5期

证明了系统参数设计的合理性。

2双环控制逆变器结构

基于SPWM的电压电流双环逆变器控制原理图如图1所示,外环为瞬时电压环控制,输出电压与参考正弦基准比较,误差信号经过PI控制器调节后作为电流内环基准;内环为电流环,电感电流瞬时值与电流基准比较产生的误差信号与三角波载波比较后产生SPWM控制信号。由于采用电感电流作为内环,因此这种控制方法有输出限流的功能,即使在输出短路的情况下,输出电流也不会很大,而是被限定在设定的电流值。这增加了系统的可靠性,对逆变器过载有较好的保护作用。

3控制器参数设计

忽略电感L、电容C的寄生电阻,电压电流双环逆变器控制框图[7]如图2所示。其中E为直流母线电压,R为负载阻抗,L为滤波电感值,C为滤波电容值,K L为内环电流检测系数,K U为外环电压检测系数,K PWM为PWM环节等效增益。输出电压与给定参考信号相比较,得到的误差信号经外环PI调节器(K p s+K I/s,其输出作为内环给定信号。内环给定信号与输出电流比较,得到的误差信号经内环比例调节器K倍运算,得到了内环的控制信号,最后送入PWM调制器控制PWM脉冲的产生。

3.1电流内环设计

根据图2的电压电流双环逆变器控制框图[8],提取其中的电流内环部分作为分析和研究的对象[9]。由于电流内环中间含有反馈分量输出电压U O,为了简化设计过程,我们假定在一个开关周期内,输出电压U O近似不变,得到简化的电流内环框图3。

假设不存在比例系数K时,电流内环的开环传递函数为:

G LK=K L

Ls

(1

此时电流通路为一阶系统,当添加了比例系数为K反馈环后,系统的开环传递函数为:

G LK′=KK L(2

假设电流检测装置的输入输出比值为1∶500,检测电阻选取为200Ω,由此得到比例系数K L为:

K L=1

500

×200=0.4(3

根据理论上的限制是将剪切频率设定为开关频率的一半,为了达到较好的控制效果,以少于1/5的开关频率(F s=20kHz来使用较为恰当。因此,选择剪切频率为

4kHz。将各参数代入式(2,可得出比例系数k的取值。

K×0.4

1.2×10-3×(jω